输入输出及中断技术
输入-输出控制方式
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虽然DMA方式比中断方式显著的减少了CPU的干预，即 由以字节为单位的干预减少到以数据块为单位的干预。但 是CPU每发出一条I/O指令，只能去读写一个连续的数据块， 而对于离散的数据块，则仍需CPU分别发出多条I/O指令及 进行多次中断处理才能完成，这样DMA方式仍不能满足复 杂的I/O操作要求。在现代的计算机系统中，普遍采用由 专门的I/O处理机来接受CPU的委托，独立执行自己的通道 程序来实现外围设备和内存之间的信息交换，这就是通道 技术。
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DMA方式即直接存取（Direct Memory Access）方式，其基 本思想是在外围设备和内存之间开辟直接的数据交换通路。
在DMA方式中，I/O控制器具有比中断方式和程序直接方式时更强的 功能。另外，除了控制状态寄存器和数据缓冲寄存器外，DMA控制器中 还包括传送字节计数器、内存地置寄存器等。DMA方式采用窃取总线控 制权的方法，不断的挪用CPU的工作周期把数据缓冲寄存器中的数据直 接送到内存地址寄存器所指向的内存区域。
常用的控制方式有四种：程序直接控制方式、中断控制 方式、DMA方式和通道方式。
程序直接控制方式（Programmed Direct Control）也称循环等待方式或 忙-等待方式，就是由用户进程来直接控制内存或CPU和外围设备之间的 信息传送。
这种方式的控制者是用户进程。当 用户进程需要数据时，它通过CPU 发出启动设备准备数据的启动命令 “Start”，然后，用户进程进入测 试等待状态。在等待时间内，CPU 不断地用一条测试指令检查描述设 备的工作状态的控制状态寄存器。 而外围设备只有将数据传送的准备 工作做好之后，才将该寄存器置为 完成状态。
（4）在以后的某个时刻，进程调度程序选中提出请求并得到了 数据的进程，该进程从约定的内存单元中取出数据继续工作。
Ch6 微型计算机原理与接口技术 答案
解：16位地址信号通过译码电路与74LS244芯片连接。其连接如下图所示。
74LS244
...
…
IOR
A 15
A 13
A 12
A 11
系
A 10
统
A9
总
A8
线
A2
A 14
A7
A6
A5 A4 A3
A A
01
DB
≥1 ≥1
&
D0
I0
I1 D7
. . .
E1 I7
E2
2
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断点的逆过程。即CPU会自动地将堆栈内保存的断点信息弹出到IP、CS和FLAG中，保证被中断 的程序从断点处继续往下执行。 6.11 CPU满足什么条件能够响应可屏蔽中断？
单片机指令的中断输入和输出控制
单片机指令的中断输入和输出控制在单片机的程序设计中，中断输入和输出控制是非常重要的一部分。
中断输入可以使得单片机能够在特定的事件发生时立即做出相应的处理，而输出控制则可以让单片机与外部设备进行有效的交互。
本文将详细介绍单片机指令的中断输入和输出控制相关的知识。
1. 中断输入中断输入是指当特定的事件发生时，单片机可以立即中断正在执行的程序，执行特定的中断服务程序。
这样可以提高系统的实时响应能力，使得单片机可以及时地对外部事件做出相应。
在单片机的中断输入中，有两个重要概念，即中断源和中断向量表。
中断源是指能够触发中断的事件或信号源，比如定时器溢出、外部中断引脚状态改变等。
当中断源发生时，会向单片机发送中断请求信号，让单片机进入中断服务程序。
中断向量表则是一张记录不同中断源对应的中断服务程序地址的表格。
当中断请求发生时，单片机会根据中断源的编号在中断向量表中查找对应的中断服务程序的入口地址，并跳转到该地址开始执行中断服务程序。
2. 输出控制输出控制是指通过单片机的输出端口，控制与之连接的外部设备的状态或行为。
利用单片机的输出控制，可以实现对灯光、蜂鸣器、电机等外部设备的控制。
在单片机的输出控制中，需要了解的概念是输出端口和控制寄存器。
输出端口是单片机上的一个或多个引脚，通过这些引脚可以向外部设备发送电平信号。
每个输出端口都有一个对应的控制寄存器，用于设置引脚输出的电平值。
控制寄存器中的位控制引脚的输出状态，一般包括设置引脚为输出模式或输入模式，设置引脚输出高电平还是低电平等功能。
通过对输出端口的设置和控制寄存器的配置，可以实现对外部设备的状态或行为进行控制。
3. 单片机指令的中断输入和输出控制在单片机的编程中，为了实现中断输入和输出控制功能，需要掌握一些相关的指令和编程技巧。
首先是中断输入方面，单片机一般提供了一些专门的中断指令，如"使能中断"、"屏蔽中断"、"清除中断标志位"等指令。
微机原理第7章练习题及答案
第7章输入/输出与中断一、自测练习题㈠选择题1．一微机系统有10根地址线用于I／O端口寻址，因而具有I／O空间的范围是( )字节。
A) 1024 B) 10K C) 0.5M D) 1M2．8086CPU读／写一次存储器或I／O端口所需的时间称为一个( )。
A) 总线周期 B) 指令周期 C) 时钟周期 D) 基本指令执行时间3．微型计算机的输入／输出有三种不同的控制方法，其中以( )控制的输入／输出是微机进行I／O的一种最主要的控制方式。
A) 程序控制 B) 中断控制C) DMA控制D) 以上均可4．程序查询I／O方式的工作流程是按( )的次序完成一个字符的传输。
A) 写数据端口，读／写控制端口B) 读状态端口，读／写数据端口C) 写控制端口，读状态端口，写数据端口D) 随I／O接口的具体要求而定5．在CPU与外设的I／O传送控制方式中，效率高、实时性强的方式是( )。
A) 同步传送 B) 查询传送 C) 无条件传送 D) 中断传送6．在CPU与外设的I／O传送控制方式中，传送速度最快的方式是( )。
A) 无条件传送 B) 查询传送 C) 中断传送 D) DMA传递7．用具有两个状态(“0”和“1”态)的一组开关作简单输入设备时，应采用( )传送方式来输入信息。
A) 无条件B) 查询C) 中断D) DMA8．用一组发光二极管作为简单输出设备时，应采用( )传送方式来输出信息。
A) DMA B) 无条件C) 查询D) 中断9．在微机系统中引入中断技术，可以( )。
A) 提高外设速度B) 减轻主存负担C) 提高处理器的效率D) 增加信息交换的精度10．CPU响应中断请求的时刻是在( )。
A) 执行完成正在执行的程序以后 B) 执行完正在执行的指令以后C) 执行完本时钟周期以后D)执行完正在执行的机器周期以后11．8086／8088CPU向应两个硬中断INTR和NMI时，相同的必要条件是( )。
A) 允许中断B) 当前I／O操作执行结束C) 总线空闲D) 当前访问内存操作结束12．在微型计算机系统中，高速外设与内存储器进行批量数据传送时，应采用( )。
输入输出控制方式
1.3 DMA方式
• 1．DMA传送方式的提出 • 与程序查询方式相比，利用中断方式进行数据传送可以大大提高CPU的工作效率。
但在中断方式中，仍然是通过CPU执行程序来实现数据传送的，每传送一个字节 （或一个字）CPU都必须把主程序停下来，转去执行中断服务程序。而每进入一次 中断服务程序，CPU都要保护断点和转入中断服务程序，上述几方面的因素造成中 断方式下的传输效率仍然不是很高。 • 如果I/O设备的数据传输率较高，那么CPU和这样的外部设备进行数据传输时，即使 尽量压缩程序查询方式和中断方式中的非数据传输时间，也仍然不能满足要求。这 是因为在这两种方式下，还存在另外一个影响传输速度的原因，即它们都是按字节 或字来进行传输的。为了解决这个问题，实现按数据块传输，就需要改变传输方式， 为此，提出了在外设和内存之间直接传送数据的方式，这就是直接存储器传输方式， 即DMA方式。
• I/O处理机有自己的指令系统，也能独立地执行程序，能承担原来由CPU处理的全部 输入/输出操作。如对外设进行控制、对输入/输出过程进行管理，并能完成字与字 之间的装配和拆卸、码制的转换、数据块的错误检测和纠错，以及格式变换等操作。 同时它还可以向CPU报告外设和外设控制器的状态，对状态进行分析，并对输入/输 出系统出现的各种情况进行处理。上述操作都是同CPU程序并行执行的。为了使 CPU的操作与输入/输出操作并行进行，必须使外设工作所需要的各种控制命令和定 时信号与CPU无关，由I/O处理机独立形成。
3
1．无条件传送方式
4
2．查询输入传送方式7
8
1.2 程序中断方式
• 无条件传送方式和查询传送方式的缺点是CPU和外设只能串行工作，各外设之间也 只能串行工作。为了使CPU和外设以及外设和外设之间能并行工作，提高系统的工 作效率，充分发挥CPU高速运算的能力，在微机系统中引入了中断技术，利用中断 来实现CPU与外设之间的数据传送，这就是程序中断传送方式。
计算机组成原理(第七章 输入输出系统
第七章输入输出系统第一节基本的输入输出方式一、外围设备的寻址1．统一编址：将输入输出设备中控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等与内存单元一样看待，将它们和内存单元联合在一起编排地址，用访问内存的指令来访问输入输出设备接口的某个寄存器，从而实现数据的输入输出。
2．单独编址：将输入输出设备中控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器单独编排地址，用专门的控制信号进行输入输出操作。
3．CPU与外围设备进行通信有三种类型：（1）CPU向外围设备发出操作控制命令。
（2）外围设备向CPU提供状态信息。
（3）数据在CPU与外围设备之间的传递。
历年真题1．对外设统一编址是指给每个外设设置一个地址码。
（2002年）【分析】CPU与外设之间的信息传送是通过硬件接口来实现的，各种外设的硬件接口上又都包含有多个寄存器，如控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等。
统一编址是将外设接口上的各种寄存器等同于内存储器的存储单元，通过使用访问内存单元的指令来访问外设接口上的各个寄存器，这样就可以使用访存指令来访问外设，输入输出操作简单，程序设计比较简便。
由于外设接口上的寄存器种类和数量通常不止一个，所以一个外设至少对应一个以上的内存地址。
【答案】对外设统一编址是将外设接口上的寄存器等同内存单元，给每个外设设置至少一个地址码。
二、外围设备的定时1．外围设备的定时方式有异步传输方式和同步定时方式两种。
2．实现输入输出数据传输的方式主要有：程序控制方式、直接存储访问（DMA）方式、通道方式。
程序控制方式又可分为程序查询方式和中断方式两种。
历年真题1．对I/O数据传送的控制方式，可分为程序中断控制方式和独立编址传送控制方式两种。
（2001年）【分析】对1/O数据传送的控制方式，可分为程序直接控制方式、程序中断控制方式、DMA控制方式、通道控制方式等。
程序中断控制方式只是其中的一种方法，独立编址是指对1/O设备的控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等单独进行地址编排，使用专门的指令对其进行操作，可用在各种数据传送的控制方式中。
微机原理试题库2
微机原理与接口技术试题库第七章输入输出及中断一、填空1、接口的基本功能是输入输出。
3、外设和接口之间传送的数据可以是行数据和行数据。
4、三种I/O传送方式是指：传送、传送和传送。
5、程序控制传送方式又分为：传送和传送方式。
6、DMA传送方式是指：。
7、8237芯片是一种高性能的可编程控制器。
8、DMAC是指。
9、外部中断也称为中断，由CPU某一引脚信号引起。
10、内部中断又称中断，是在程序运行过程中，为处理意外情况或调试程序而提供的中断。
11、中断处理包括中断、中断、中断和中断。
12、CPU每次只能响应中断源的请求。
13、CPU响应外部中断请求的条件是：现行指令周期内，中断允许标志，现行指令。
14、中断处理要完成的操作有：关中断，保存，形成，执行，恢复。
15、中断返回的指令是，关中断的指令是。
16、8086可以处理种不同类型的中断源。
每一个中断源都有一个唯一的码，CPU用其识别不同的中断源。
17、硬件中断由外部硬件产生，分为中断和中断。
18、INTR引脚上来的中断是中断，NMI引脚引入的中断是中断。
19、中断不受中断允许标志位IF的屏蔽。
20、存放中断向量的内存空间被称为。
8086中这段空间为1kB，被安排在到的空间。
21、0型中断指中断，中断类型码为。
22、1型中断指中断，中断类型码为。
23、3型中断指中断，中断类型码为。
24、4型中断指中断，中断类型码为。
25、8086每响应一次中断，需要连续执行个中断响应总线周期，产生中断响应信号。
26、8086系统中，中断的优先级最高，中断的优先级最低。
27、8259是一个可编程的，用来管理的中断请求。
28、8259芯片中，IRR是寄存器，IMR是寄存器，ISR是寄存器，PR是。
29、一片8259可以管理级中断，两片8259可用来管理级中断。
30、全嵌套方式中，中断优先权是的，IR0，IR7。
31、特殊全嵌套与全嵌套的不同之处在于：开放，只屏蔽的中断请求。
输入输出和中断
DMA操作的基本方法
周期挪用（Cycle Stealing)
周期扩散
CPU停机方式
DMA（直接存储器存取）传递方式
周期挪用（Cycle Stealing ）
添加标题
利用CPU不访问存储器的那些周期来实现DMA操作，此时DMAC可以使用总线而不用通知CPU也不会妨碍CPU的工作。这种方法的关键是如何识别合适的可挪用的周期，以避免同CPU的操作发生重叠。
在8086/8088系统中，通过执行中断指令或由CPU本身启动的中断称为内部中断（也称软件中断）。除单步中断外，内部中断无法用软件禁止，即不受中断允许标志IF的影响。 0型中断——除法出错中断 1型中断——单步中断 3型中断——断点中断 4型中断——溢出中断 INT n指令中断
内部中断——软中断
05
7.1.1 数据信息
●在微型机中，数据大致为三种基本类型：
数字量
模拟量
开关量
7.1
外设接口的一般结构
状态信息
READY（准备好信号）表示输入设备已经准备好信息，CPU可执行输入指令从该外设输入数据。 BUSY（忙信号）表示输出设备正在输出信息，即在“忙”着，同时也等于指示CPU等待。
状态信息表示外设当前所处的工作状态
1.中断分类
8086/8088CPU可以处理256种类型的中断源，这些中断源可分为硬件中断和软件中断两大类。
2.中断向量表
在8086系统中，允许引入256种类型中断源（类型码为0～255），相应有256个中断服务程序首址。存放中断地址的一段内存空间称中断向量表。
7.4.1 中断结构 4
1.内部中断的类型
图7-16 ICW3的格式
图7-17 ICW4 的格式
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四、I/O地址的译码
目的： 确定端口的地址 参加译码的信号： IOR，IOW，高位地址信号 OUT指令将使总线的IOW信号有效 IN指令将使总线的IOR信号有效
13
I/O译码的地址信号
当接口只有一个端口时，16位地址线一般应 全部参与译码，译码输出直接选择该端口；
当接口具有多个端口时，则16位地址线的高 位参与译码（决定接口的基地址），而低位 则用于确定要访问哪一个端口。
主要内容
输入输出系统的基本概念 I/O接口和端口 端口的编址方式 简单接口芯片及其应用 基本输入输出方法 中断的基本概念及工作过程
1
§6.1 输入输出系统
2
了解和掌握：
I/O系统的概念和特点 接口的基本功能 端口的概念 端口的编址方式 I/O地址译码
3
I/O 接口的概念
组成微机最核心的硬件是CPU和存储器。
3. 控制信息
指CPU 向接口内部控制寄存器发出的各种控制命令， 用于改变接口的工作方式及功能，如选通信号、启停 信号等。
8
三、I/O端口的编址方式
内存单元都进行了编址，每一个字节的存储单元 占一个地址，CPU 通过在地址线上发送地址信号 来通知存储器要与哪一个存储单元交换数据；同 样，计算机对外设接口也进行了编址，叫做端口 地址。在与I/O 接口交换数据时，CPU 通过在地 址线上发出要访问外设接口的端口地址来指出要 与哪个I/O 接口交换数据。
FFFFH
内存 地址
I/O 地址
11
8088/8086的I/O端口编址
计算机的I/O 设备采用哪种编址方式，取决于 CPU 的硬件设计。IBM PC 系列机(Intel系列CPU) 采用独立编址方式，存储器用20 位二进制数编址， 范围是：00000H～FFFFFH，共1MB；I/O 设备用 16 位二进制数编址，范围是：0000H～FFFFH， 共64KB，但实际系统只用了0～3FFH 这1024 个 地址。
编址方式：
与内存统一编址 独立编址
9
端口与内存的统一编址
特点：
指令及控制信号统一 内存地址资源减少
00000H
F0000H FFFFFH
内存 地址 960KB
I/O地址 64KB
10
端口的独立编址
特点：
内存地址资源充分利用 能够应用于端口的指令
较少
00000H
FFFFFH 0000H
4. 根据寻址信息选择相应的外设
7
2、I/O 接口信号的分类
1. 数据信息
数据通常为8 位或16 位，可分为3 种基本形式：数字 量、开关量和模拟量。
2. 状态信息
指I/O 接口反映I/O 设备工作状态的信息，如表示输入 装置是否已准备好的信息(READY 信号)，表示输出装 置是否忙的信息(BUSY 信号)等。
4
I/O 接口的概念
在微机系统中，常用的外围设备有键盘、显示器、 软/硬盘驱动器、鼠标、打印机、扫描仪、绘图仪、 调制解调器(MODEM)、网络适配器。
随着计算机性能的不断提高，输入/输出设备也更 加复杂多样，如影视、音频识别系统等。当计算 机用于监测与过程控制中时，还需要模/数转换器 (ADC)和数/模转换器(DAC)，以及I/O 通道中一 些专用设备。
状态寄存器 (or 三态门)
命令寄存器
数据线
状态线
外 设
控制线
20
接口的基本构成
数据输入/输出寄存器
暂存输入/输出的数据
命令寄存器
存放控制命令
设定接外设当前状态，以供CPU读取。
21
二、接口的类型及特点
按传输信息的方向分类：
输入接口
输出接口
6
1、I/O 接口电路的基本功能
1. 对输入/输出数据进行缓冲、隔离和锁存
2. 对信号的形式和数据格式进行交换与匹配
3. 提供信息相互交换的应答联络信号
计算机执行指令时所完成的各种操作都是在规定的时钟信号下完 成的，并有一定的时序。而外部设备也有自己的定时与逻辑控制， 但通常与CPU 的时序是不相同的。外设接口就需将外设的工作状 态(如“忙”、“就绪”、“中断请求”)等信号及时通知CPU， CPU根据外设的工作状态经接口发出各种控制信号、命令及传递 数据，接口不仅控制CPU 送给外设的信息，也能缓存外设送给 CPU 的信息，以实现CPU 与外设间信息符合时序的要求，协调工 作。
16
I/O地址译码例
译码电路图：
A11
A10
A18
≥1
A3
A2
A9
A7 ┇
A4
A1 A0
&
接口芯片
CE
17
§6.2 简单接口电路
18
掌握：
接口电路的分类及特点； 两类简单接口芯片的应用
19
一、接口的基本构成
CPU
AB 译码 电路
DB CB 控制
逻辑
数据输入寄存器 (or 三态门)
数据输出寄存器 (锁存器)
按传输信息的类型分类：
数字接口
模拟接口
按传输信息的方式分类：
并行接口
串行接口
22
接口特点
输入接口：
要求对数据具有控制能力 常用三态门实现
输出接口：
要求对数据具有锁存能力 常用锁存器实现
23
74LS244芯片引脚图
当要把这些外设与主机相连时，就需要配上相应 的电路。通常把这种介于主机和外设之间的一种 缓冲电路称为I/O 接口电路(interface)。
5
CPU 与外设之间交换数据的框图
I/O 接口框图
对于主机，接口提供外部设备的工作状态和数据； 对于外部设备，接口电路寄存了主机发送给外部设备的
命令和数据，使主机和外部设备之间协调一致地工作。
14
I/O地址译码例
某外设接口有4个端口，地址为2F0H—— 2F3H，由A15～A2译码得到，而A1、A0用来区 分接口中的4个端口。试画该接口与系统的连 接图。
15
I/O地址译码例
地址范围：
A11
××××001011110000 ××××001011110011
任意状态 图中不接入
片内地址
但输入输出是计算机与外部世界进行信息交换不 可缺少的功能，占有极其重要的地位。计算机所 处理的各种信息，包括程序和数据都要由输入设 备提供，而处理的结果则要通过输出设备供人们 查看。例如，键盘、鼠标、扫描仪等都是输入设 备，显示器、打印机、绘图仪等都是输出设备。 可以说，没有输入输出能力，计算机就变得毫无 意义。